透过NB－IoT，看低功耗广域网背后的安全隐患

第一章 绪论

1．1 LPWAN概述

物联网作为战略性新兴产业的重要组成部分，已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一。物联网通信技术有很多种，从传输距离上区分，可以分为两类：一类是短距离通信技术，代表技术有Zigbee、Wi－Fi、Bluetooth、Z－wave等；一类是广域网通信技术，业界一般定义为LPWAN（Low－Power Wide－Area Network，低功耗广域网），典型的应用场景如智能抄表。

LPWAN技术又可分为两类：一类是工作在非授权频段的技术，如Lora、Sigfox等，这类技术大多是非标准化、自定义实现；一类是工作在授权频段的技术，如GSM、CDMA、WCDMA等较成熟的2G／3G蜂窝通信技术，以及目前逐渐部署应用、支持不同category终端类型的LTE及其演进技术。

作为LPWAN的主要技术代表，NB－IoT技术、LoRa技术逐步成为物联网领域的研究热点，其面临的安全问题以及安全技术手段随之成为重要的研究内容。

1．2 LoRa技术及其体系架构

LoRa是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。

2015年3月，Semtech公司牵头成立了开放的、非盈利的组织LoRa联盟，一年时间里，LoRa联盟已经发展成员公司150余家，整个产业链从终端硬件产商、芯片产商、模块网关产商到软件厂商、系统集成商、网络运营商等每一环均有大量的企业，这种技术的开放性，竞争与合作的充分性促使了LoRa的快速发展与生态繁盛。

LoRa网络主要由终端（可内置LoRa模块）、网关（或称基站）、Server和云四部分组成。应用数据可双向传输。

1．3 NB－IoT技术及其体系架构

NB－IoT（Narrow Band－Internet of Things）是2015年9月在3GPP标准组织中立项提出的一种新的窄带蜂窝通信LPWAN技术，它基于现有的蜂窝网络构建，只消耗约180kHz，可直接部署在GSM网络、UMTS网络和LTE网络。其核心是面向低端物联网终端（低耗流），适合广泛部署在智能家居、智慧城市、智能生产等领域。

NB－IoT具有四大优势：一是低功耗，NB－IoT终端模块的待机时间可长达10年；二是低成本，模块预期价格不超过5美元；三是高覆盖，室内覆盖能力强，比现有的网络增益高出20dB，相当于提升了100倍覆盖区域能力；四是强连接，NB－IoT一个扇区能够支持10万个连接。NB－IoT使用授权频谱，领先于LoRa等技术。

第二章 LPWAN安全

2．1 传统物联网与LPWAN物联网安全

物联网系统架构通常可以分为感知层、传输层和应用层。物联网三层架构如图2－1所示。

低功耗广域物联网（LPWAN-IOT）安全技术研究

图2－1 物联网系统三层架构